KALCIUMPUMP: FUNKTIONER, TYPER, STRUKTUR OCH DRIFT - BIOLOGI - 2025

Den kalciumpumpen är en struktur av en proteinnatur som är ansvarig för transport av kalcium genom cellmembran. Denna struktur är beroende av ATP och betraktas som ett ATPas-liknande protein, även kallad Ca ²⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPase finns i alla celler i eukaryota organismer och är viktigt för kalciumhomeostas i cellen. Detta protein utför primär aktiv transport, eftersom rörelsen av kalciummolekyler går mot deras koncentrationsgradient.

SERCA kristallografisk struktur.
Källa: Wcnsaffo

Kalciumpumpens funktioner

Ca ²⁺ spelar viktiga roller i cellen, så dess reglering inom dem är avgörande för att den ska fungera korrekt. Fungerar ofta som en andra budbärare.

I extracellulära utrymmen är Ca ²⁺ -koncentrationen ungefär 10 000 gånger högre än inom celler. En ökad koncentration av denna jon i cellcytoplasma utlöser olika svar, såsom muskelsammandragningar, frisättning av neurotransmittorer och nedbrytning av glykogen.

Det finns flera sätt att överföra dessa joner från celler: passiv transport (icke-specifik utgång), jonkanaler (rörelse till förmån för deras elektrokemiska gradient), sekundär aktiv transport av antistödstypen (Na / Ca) och primär aktiv transport med pumpen. ATP-beroende.

Till skillnad från de andra Ca ²⁺ förskjutningsmekanismerna fungerar pumpen i vektorform. Det vill säga jonen rör sig bara i en riktning så att den bara fungerar genom att utvisa dem.

Cellen är extremt känslig för förändringar i Ca ²⁺ -koncentration . Genom att presentera en så markant skillnad med deras extracellulära koncentration är det därför så viktigt att effektivt återställa deras normala cytosoliska nivåer.

typer

Tre typer av Ca ²⁺ -ATPaser har beskrivits i djurceller, beroende på deras placering i cellerna; pumpar belägna i plasmamembranet (PMCA), de lokaliserade i endoplasmatisk retikulum och kärnmembran (SERCA), och de som finns i Golgi-apparatmembranet (SPCA).

SPCA-pumpar transporterar också Mn 2 ⁺ -joner som är kofaktorer för olika enzymer i Golgi-apparatmatrisen.

Jästceller, andra eukaryota organismer och växtceller presenterar andra typer av mycket speciella Ca ²⁺ -ATPaser.

Strukturera

PMCA-pump

I plasmamembranet hittar vi den aktiva antiportiska Na / Ca-transporten, som är ansvarig för förskjutningen av en betydande mängd Ca ²⁺ i celler i vila och aktivitet. I de flesta celler i vilotillstånd är PMCA-pumpen ansvarig för att transportera kalcium till utsidan.

Dessa proteiner består av cirka 1 200 aminosyror och har 10 transmembransegment. Det finns fyra huvudenheter i cytosolen. Den första enheten innehåller den terminala aminogruppen. Den andra har grundläggande egenskaper, vilket tillåter den att binda till aktiverande sura fosfolipider.

I den tredje enheten finns en asparaginsyra med katalytisk funktion, och "nedströms" av detta ett fluoresceinisotocyanatbindningsband, i ATP-bindningsdomänen.

I den fjärde enheten är den kalmodulinbindande domänen, igenkänningsställena för vissa kinaser (A och C) och de allosteriska Ca2 ⁺ -bindningsbanden .

SERCA pump

SERCA-pumpar finns i stora mängder i muskelcells sarkoplasmiska retikulum och deras aktivitet är relaterad till sammandragning och avslappning i muskelrörelsecykeln. Dess funktion är att transportera Ca ²⁺ från cellcytosol till retikulumatris.

Dessa proteiner består av en enda polypeptidkedja med 10 transmembrandomäner. Dess struktur är i stort sett densamma som för PMCA-proteiner, men den skiljer sig genom att de bara har tre enheter inom cytoplasma, varvid det aktiva stället är i den tredje enheten.

Funktionen av detta protein kräver en balans mellan laddningar under transporten av joner. Två Ca ²⁺ (genom hydrolyserad ATP) förskjuts från cytosolen till retikulumatrisen, mot en mycket hög koncentrationsgradient.

Denna transport sker på ett antiportalt sätt, eftersom samtidigt två H ⁺ riktas till cytosolen från matrisen.

Funktionsmekanism

SERCA-pumpar

Transportmekanismen är uppdelad i två tillstånd E1 och E2. I El riktas bindningsställena som har en hög affinitet för Ca2 ⁺ mot cytosolen. I E2 riktas bindningsställena mot retikulumets lumen, vilket ger en låg affinitet för Ca2 ⁺ . De två Ca ²⁺ -jonerna binds efter överföring.

Under bindningen och överföringen av Ca2 ⁺ inträffar konformationella förändringar, inklusive öppningen av proteinets M-domän, som är mot cytosolen. Jonerna binder sedan lättare till de två bindningsställena för nämnda domän.

Föreningen mellan de två Ca ²⁺ -jonerna främjar en serie strukturella förändringar i proteinet. Bland dem rotation av vissa domäner (domän A) som omorganiserar pumpens enheter, vilket möjliggör öppningen mot retikulummatrisen för att frisätta jonerna, som är frånkopplade tack vare minskningen av affiniteten på bindningsställena.

H ⁺ -protonerna och vattenmolekylerna stabiliserar Ca2 ⁺ -bindningsstället , vilket får A-domänen att rotera tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd, vilket stänger åtkomsten till endoplasmatisk retikulum.

PMCA-pumpar

Denna typ av pump finns i alla eukaryota celler och ansvarar för utdrivningen av Ca ²⁺ mot det extracellulära utrymmet för att hålla dess koncentration stabil i cellerna.

I detta protein transporteras en Ca2 ⁺ -jon med hydrolyserad ATP. Transport regleras av nivåerna av kalmodulinproteinet i cytoplasma.

Genom att öka koncentrationen av cytosolisk Ca ²⁺ ökar halterna av kalmodulin, vilket binder till kalciumjoner. Ca ²⁺ -kalmodulinkomplexet monteras sedan till bindningsstället för PMCA-pumpen. En konformationell förändring inträffar i pumpen som gör att öppningen kan utsättas för det extracellulära utrymmet.

Kalciumjoner släpps, vilket återställer normala nivåer i cellen. Följaktligen demonteras Ca ²⁺ -calmodulin- komplexet och återför pumpens konformation till sitt ursprungliga tillstånd.

referenser

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Kalciumpumpar vid hälsa och sjukdom. Fysiologiska recensioner, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Kalciumpumpar: strukturell grund och mekanism för kalciumtransmembrantransport. Aktuellt yttrande inom kemisk biologi, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Lärobok för biokemi: med kliniska korrelationer.
4. Latorre, R. (red.). (nitton nittiosex). Biofysik och cellfysiologi. Sevilla universitet.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Mollecular cellbiologi. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Mänsklig fysiologi: grunden för medicinen. Elsevier Spanien.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.